Geri Dön

Atomik simulasyonlar kullanılarak MOF-5 katkılı poli (etilen oksit) nanokompozit elektrolitlerin iyonik iletkenliğinin incelenmesi

An atomic scale simulation investigation of ionic conductivity properties of MOF-5 doped poly (ethylene oxide) nanocomposite electrolytes

PDF İndir

  1. Tez No: 555247
  2. Yazar: MURAT ÖZLEK
  3. Danışmanlar: DOÇ. DR. ENGİN BURGAZ
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Metalurji Mühendisliği, Mühendislik Bilimleri, Metallurgical Engineering, Engineering Sciences
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2019
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: Ondokuz Mayıs Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 66

Özet

Polimer elektrolitler eşsiz özelliklerinden dolayı enerji depolama uygulamalarında sıkça kullanılmaktadır. Ancak saf halde sahip oldukları iyonik iletkenlik değerleri oldukça düşüktür (10-6 S/cm). Bu sebepten ötürü çeşitli malzemeler ile katkılamalar yapılarak düşük iyonik iletkenlik değerlerinin geliştirilmesi yapılmaktadır. Bu çalışmada metal organik kafes yapısı (MOF) türlerinden olan MOF-5 kullanılarak poli (etilen oksit) (PEO) ve lityum bis(trifloromethilsulfonil)imid (LiTFSI) tuz ilave edilerek bir simülasyon çalışması yapılmıştır. Simülasyon çalışmasında atomik boyutta poli(etilen oksit), LiTFSI ve MOF-5 etkileşimlerinin çeşitli oranlarda mol bazlı karışımları (%10, %15, %20 LiTFSI ve %5, %10 MOF5) Materials Studio 7.0 programı kullanılarak yapılmıştır. Modelize edilen sistemlere forcite modülü ile Universal kuvvet alanı temelli geometri optimizasyonu uygulanarak yapının entalpi değerleri düşürülmüştür bu da yapıyı daha gerçekçi ve stabil hale getirerek forcite dinamik alt modülünde 298 K, 318 K, 308 K, 328 K, 338 K, 348 K ve 358 K sıcaklık değerlerinde işlem yapmaya uygun hale getirmiştir. Ardından dinamik alt modülü ile elde edilen sonuçlara kare ortalama yer değişimi (MSD) kullanılarak difüzyon katsayısı her bir sıcaklık ve karışım oranı için elde edilmiştir. Difüzyon katsayısı hesaplanırken kare ortalama yer değişimi grafiğinin eğimi baz alınarak hesaplanmaktadır. Sonrasında Nernst-Einstein denklemi kullanılarak iyonik iletkenlik hesabı kare ortalama yer değişimi grafiklerinin eğimine bağlı olan difüzyon katsayısı ile farklı sıcaklık değerlerinde incelenerek yapının oran değişimlerine ve sıcaklık değişimlerine bağlı olarak iyonik iletkenliği Nernst–Einstein denklemi kullanılarak hesaplanmıştır. Kare ortalama yer değişimi grafikleri iyonik akışı sağlayarak iyon iletkenliği doğrudan etkileyen Li+ katyonlarının akışı baz alınarak oluşturulmuştur. Li+ katyonlarının yapıda serbest akışı TFSI- anyonlarından ne kadar uzakta olduğu ve polimer zincirleri içerisinde ne kadar rahat hareket ettiğine bağlı olarak kare ortalama yer değişimi grafiğinin eğimini etkilemektedir. Simülasyonun doğruluğu için elde edilen sonuçlarda difüzyon katsayısı ve sıcaklık grafiği kıyaslaması yapılmıştır. Literatürdeki genel difüzyon katsayısı ve sıcaklık değişimi grafiklerine uygunluğu kontrol edilmiştir.

Özet (Çeviri)

Polymer electrolytes have unique properties for that reason they usually utilize in energy storage applications. However, their pure ionic conductivity values are quite low (10-6 S/cm). For this reason, low ionic conductivity values are improved by making additives with various materials. In this study, a simulation study was performed by adding poly (ethylene oxide) (PEO) and lithium bis (trifluoromithylsulfonyl) imide (LiTFSI) salt by using MOF-5 which is one of the metal organic lattice structure (MOF) species. In this study, we used Metal Organic Framework(MOF-5), poly(ethylene oxide)(PEO), Lithium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide (LiTFSI) ionic salt for synthesizing nanocomposite polymer electrolytes with different concentrations in simulation. Universal force field based geometry optimization was used for reduction of the entalpy in the system. After that Dynamics module was performed at different temperatures(298 K, 318 K, 308 K, 328 K, 338 K, 348 K and 358 K) for the calculation of Mean Square Displacement (MSD). Then, the results of MSD were used for the calculation of diffusion coefficient. For the calculation of the diffusion coefficient, MSD graphics slopes were used. Then, the ionic conductivity calculations were obtained by using Nernst-Einstein equation. Mean square displacement charts are based on the flow of Li + cations that directly influence ion conduction by providing ionic flow. The free flow of Li + cations in the structure influences the inclination of the mean square displacement graph depending on how far away from the TFSI anions and how well they move within the polymer chains. For the accuracy of the simulation, diffusion coefficient and temperature graph were compared. The general diffusion coefficient and temperature variation graphs in the literature were checked for their suitability.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    748226

    Theoretical investigation of mixed metal organic frameworks as H2 adsorbents

    Çoklu metal içeren metal organik kafeslerin H2 adsorbanları olarak teorik yöntemlerle incelenmesi

    TUĞÇE GÖKDEMİR

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2022

    KimyaAdana Alparslan Türkeş Bilim Ve Teknoloji Üniversitesi

    Biyomühendislik Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. YELİZ GÜRDAL DURĞUN

  2. Tez No

    767634

    Investigating drug loading on LTA- and MFI-type zeolites using computational and experimental approaches

    LTA- ve MFI-tipi zeolitler üzerine ilaç yüklemesinin hesaplamalı ve deneysel yaklaşımlarla araştırılması

    ÖZLEM KELEŞ

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2020

    Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ AYŞE ÖZGE KÜRKÇÜOĞLU LEVİTAS

  3. Tez No

    335675

    Computational screening of zeolitic imidazolate framework/polymer mixed matrix membranes for gas separations

    Zeolit imidazolat kafes katkılı polimerik gaz ayırma membranlarının hesaplamalı yöntemler kullanılarak taranması

    GAMZE YILMAZ

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2013

    Kimya MühendisliğiKoç Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Bölümü

    YRD. DOÇ. DR. SEDA KESKİN AVCI

  4. Tez No

    435854

    Investigation of bio-MOFs for energetic and biomedical applications: From an atomic point of view

    Biyo-MOFların enerji ve biyomedikal uygulamalarının atomik bakış açısıyla araştırılması

    İLKNUR ERUÇAR FINDIKÇI

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2016

    EnerjiKoç Üniversitesi

    Kimya ve Biyoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. SEDA KESKİN AVCI

  5. Tez No

    335674

    Computing adsorption, diffusion and separation of noble gas mixtures in MOFs using molecular simulations and theoretical correlations

    Moleküler simülasyonlar ve teorik korelasyonlar kullanarak soy gazların MOF'lardaki adsorpsiyon, difüzyon ve ayırımlarının hesaplanması

    YELİZ GÜRDAL

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2013

    Kimya MühendisliğiKoç Üniversitesi

    Biyokimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. SEDA KESKİN AVCI

Geri Dön